Как известно, советская и российская космонавтика уже более полувека держится на двух основных больших ракетах-носителях – средней Р-7 (используется с 1957 года, современная версия известна под названием «Союз») и тяжелой «Протон» (она же УР-500), которая впервые стартовала еще в 1965 году. В принципе, нет ничего плохого в том, что какая-то удачная разработка может использоваться многие годы – американцы тоже прекрасно умеют целыми десятилетиями пользоваться своими наиболее удачными образцами техники. Можно легко вспомнить пару примеров в авиации, вроде стратегического бомбардировщика Boeing B-52 Stratofortress или военно-транспортного Lockheed C-130 Hercules – оба самолета стоят на вооружении ВВС США аж с 1955 года (разумеется, при этом неоднократно проходили глубокую модернизацию). Да и в космических программах США тоже можно найти пару примеров того, как какие-то особо удачные узлы или агрегаты десятилетиями использовали в различных проектах.
Та самая «Семёрка», по сути летающая до сих пор
Но была одна существенная разница между космическими проектами СССР и США – американцы всегда отличались большей гибкостью в реализации своих программ и постоянно работали в самых разных направлениях, реализовывали и проверяли множество технических решений и концепций. Достаточно только посмотреть, какая линейка ракет-носителей всех классов была у США – Vanguard, Juno, Thor, по три-четыре-пять поколений Delta, Titan, Atlas (которые зачастую не имели ничего общего со своими «папашами» и «дядюшками»), Saturn, Space Shuttle, Antares, Falcon… И это далеко не весь перечень! Общий подход к делу в США был следующим – даже в самом неудачном проекте можно найти пару хороших технических решений, которые найдут место в новых проектах. Плюс ко всему, в США не гнушаются действовать в кооперации и использовать чужие успешные наработки – доказательством чему служат американские Atlas V (с российскими двигателями РД-180) или Antares (первая ступень от украинского КБ «Южное» с российскими двигателями, сначала с НК-33/AJ-26, потом с РД-181).
Конечно, у американцев не обходилось без действий многочисленных лобби, которые весьма активно стараются продвинуть ту или иную программу и оттеснить соперника в борьбе за солидный госзаказ – конкуренция в полный рост. Но все это давало множество стимулов к дальнейшему развитию во всех мало-мальски перспективных направлениях – чем никак не могла похвалиться «машина» советского госаппарата. Есть немало примеров того, как перспективные проекты либо так и не были реализованы, либо «зарублены» на корню – и некоторые события полувековой давности аукаются даже до сих пор… Например, нынешняя неразбериха с разными версиями российских ЖРД – во многом вызвана как раз теми процессами, которые имели место еще в 60-70 годах прошлого века. Именно тогда СССР заметно отстал от США в области однокамерных мощных ЖРД, несмотря на отдельные успешные проекты.
С проектами однокамерных ЖРД (и не только их) в СССР вообще интересная история получается. Когда в начале 50-х годов шла разработка большой межконтинентальной баллистической ракеты (МБР), которая впоследствии получила индекс Р-7, то первоначально техническое задание звучало следующим образом – доставка головной части весом 3000 кг на расстояние до 8000 км. Под эти требования была разработан двигатель РД-105 – однокамерный, выдавал тягу до 56 тонн. Таким образом, стартовый «пакет» из пяти таких ЖРД должен был обеспечить суммарную тягу до 280 тонн. Но потом все изменилось… Во-первых, возникли проблемы с РД-105 – при работе в нем часто возникала высокочастотная вибрация, которая разрушала камеру сгорания. Во-вторых, в 1953 году техническое задание было существенно изменено – дальность МБР осталась прежней (8000 км), а вот масса головной части возросла до 5500 кг (фактически удвоилась). Все это потребовало гораздо более мощного ЖРД, но с однокамерным РД-105 реализовать эту задачу не очень-то получалось. Пришлось идти другим путем – заняться проектом четырехкамерного ЖРД, в двух вариантах, которые получили обозначения РД-107 (для первой ступени, тяга 83 тонны) и РД-108 (для второй ступени, тяга 76 тонн).
РД-105. Credit: Журнал «Новости космонавтики»
Фактически, с тех пор большинство маршевых ЖРД для советских ракет-носителей были как раз в многокамерном исполнении – Р-7 уже шесть десятилетий использует четырехкамерные РД-107/108, легкие «Космосы» летали на гептиловых РД-214 (четыре камеры сгорания) и РД-216 («связка» из двух двухкамерных РД-215), на «Циклонах» стояли гептиловые РД-251/261 («связка» из трех двухкамерных РД-250). Фактически, за всю историю советской космонавтики был только один успешный и массовый однокамерный ЖРД – гептиловый РД-253/275 закрытого цикла для «Протона», тяга которого составляла 165-180 тонн. А вот с таким же мощным криогенным ЖРД (керосин плюс жидкий кислород) как-то не складывалось – тот же РД-107/108 для Р-7 не особенно поддавался форсировке (за шесть десятилетий его тяга увеличилась где-то на 3-5%, до 80-86 тонн). Правда, в начале 60-х годов в КБ Валентина Глушко удалось создать мощный четырехкамерный «керосиновый» РД-111, который выдавал тягу в 140 тонн и устанавливался на МБР Р-9А. И были предложения разработать отдельную версию космической Р-7 как раз для установки более мощных РД-111 – даже если бы его установить только на вторую, центральную ступень Р-7, суммарная тяга ракеты могла бы достичь где-то 470 тонн (вместо прежних 410-420 тонн). А уж «пакет» из пяти таких ЖРД – мог бы выдать до 700 тонн! Но этот проект так и не был реализован.
Потом началась эпическая эпопея с проектом ракеты Н-1, когда СССР пытался как-то догнать США в той знаменитой «лунной гонке», но потерпел сокрушительное поражение. Проект американского Saturn V с уникальными однокамерными двигателями Rocketdyne F-1 (тяга 690 тонн!) оказался фантастически успешным – 13 запусков без единой осечки (конечно, можно придраться и вспомнить о приключениях миссии «Аполлон-13», но Saturn V тут точно ни при чем). Зато СССР оказался в жутком цейтноте – проект гигантской ракеты-носителя Н-1 был, а вот двигателей, подобных F-1, вообще не существовало… В итоге, пришлось опять идти путем «умножения» – раньше было «Много камер сгорания вместо одной», а в случае с лунной Н-1 стало «Много маленьких двигателей вместо нескольких больших». Вот в этом случае наконец-то вплотную занялись вопросом создания мощного однокамерного криогенного ЖРД – причем эту задачу взяло на себя КБ Кузнецова, которое в основном занималось авиационными реактивными двигателями. Сначала был проект НК-15, потом появилось его развитие НК-33 (оба с тягой до 154 тонн).
НК-33. Credit: журнал «Новости космонавтики»
Однако проект ракеты-«монстра», у которой на первой ступени стоял умопомрачительный «пакет» из 30 двигателей НК-15/33 (это против пяти ЖРД у Saturn V), завершился полным провалом – четыре запуска в 1969-1972 годах, четыре неудачи (самый «успешный» полет продлился менее двух минут, Н-1 достигла высоты 40 км, после чего разрушилась из-за проблем с двигателями). После этого весь проект Н-1 был полностью закрыт – причем под «раздачу» попали также двигатели НК-33, несмотря на весь их отличный потенциал. В итоге, КБ Кузнецова больше не занималось проектами ЖРД, все готовые экземпляры НК-33 были законсервированы. То есть направление однокамерных криогенных ЖРД попросту «прихлопнули». Фактически, после этого в СССР удалось как-то реализовать только один проект мощного криогенного однокамерного двигателя – кислородно-водородного РД-0120 (тяга 146 тонн на уровне моря). Но эти ЖРД за всю историю были использованы лишь дважды – на запусках ракеты-носителя «Энергия» в 1987 году (со спутником «Полюс») и 1988 году (с многоразовым космическим кораблем «Буран»).
Об законсервированных НК-33 успешно забыли почти на тридцать лет. И только где-то в 2007 году вдруг вспомнили о них, когда предложили глубокую модернизацию ракеты-носителя «Союз» (которая должна была получить индекс «Союз-2-3»). Первый вариант модернизации предполагал установку НК-33 на вторую ступень вместо прежнего РД-108А – в этом случае суммарная тяга на старте «Союз-2-3» составила бы минимум 490-495 тонн (против нынешних 420-425). Второй вариант был радикальнее – заменить все четыре РД-107А первой ступени на НК-33 (это уже фактически новая ракета, которую придется заново проектировать), благодаря чему можно было бы получить суммарную тягу порядка 680-690 тонн!
Но, в конечном итоге, остановились на проекте легкой ракеты-носителя «Союз-2.1в» – тот же «Союз-2», только без четырех боковых блоков первой ступени (получился тонкий «карандаш», в котором вторая ступень стала первой). Вот как раз на бывшей второй ступени вместо прежнего РД-108А был установлен НК-33. Первый запуск «Союз-2.1в» состоялся 28 декабря 2013 года, после чего состоялись еще три запуска – в 2015, 2017 и 2018 годах. В принципе, когда изучаешь основные характеристики «Союз-2.1в» (а также проекта «Союз-2-3»), понимаешь, что СССР такие проекты мог без особого труда реализовать еще в середине 70-х годов. В целом, получилась «Сага о том, как профукать сорок лет просто так!»
Надо полагать, «отдача» от тех событий и нереализованных проектов 60-70-х годов мощно докатилась до настоящего времени. Фактически, жесткая привязка к «Союзам» и «Протонам» привела к тому, что в категории средних и тяжелых ракет-носителей практически нет каких-то новых концепций и проектов, которые получили массовое применение и способны в полной мере заменить проекты Р-7 и УР-500 (с некоторой натяжкой можно вспомнить «Зенит»). И нынешняя сумятица с разными двигателями (кстати, с отличными характеристиками) лишь подчеркивает общее состояние дел в советской и российской космонавтике. Можно долго перечислять примеры – чаще всего возникает ситуация, когда к отличному ЖРД (советского/российского производства) попросту нет своей соответствующей ракеты-носителя…
Взять тот же НК-33. Даже после почти сорокалетней консервации эти двигатели оказались достаточно эффективными – сначала они появились на американско-украинской ракете-носителе Antares (AeroJet приобрел партию НК-33, которые после модернизации получили индекс AJ-26). Было четыре успешных запуска в 2013-2014 годах, но после взрыва Antares 28 октября 2014 года от «консервов» отказались. К этому еще можно добавить четыре запуска российского «Союз-2.1в». Можно только развести руками – какой потенциал в этом направлении был самым бездарным образом профукан еще в 70-х годах…
РД-171. Credit: Журнал «Новости Косомнавтики»
Двигатель РД-170/171 – четырехкамерный криогенный, самый мощный ЖРД в истории (740 тонн). Но сейчас банально «завис» без ракеты-носителя. Проект «Энергия» просто прикрыли почти тридцать лет назад. Были ракеты-носители «Зенит», но без кооперации с украинским КБ «Южное» «Зениты» почти не летают (за пять последних лет только три запуска, а программа «Морской старт» вообще полностью встала). Сейчас в срочном порядке под РД-170 разрабатывают новую ракету-носитель «Иртыш» (ранее носила условное обозначение «Союз-5»), но первые пробные запуски состоятся не раньше 2024 года. Причем, судя по всему, «Иртыш» будет представлять собой примерно тот же доработанный «Зенит», только полностью российского производства. То есть РД-170 будут стоять «на приколе» еще пять лет…
Двигатель РД-180 – двухкамерный (своего рода «половинка» РД-170), тяга 390 тонн. Производится исключительно для США, в качестве маршевого двигателя для ракеты-носителя Atlas V. В России не используется, поскольку для него полностью отсутствует соответствующая ракета-носитель, хотя были какие-то попытки что-то создать – существовал проект ракеты-носителя «Русь-М» с РД-180, но его дважды закрывали на стадии проектирования (сначала в 2011 году, а потом окончательно в 2015 году). Причина закрытия – «Роскосмос» посчитал, что возможностей «Союз» и «Протон» вполне достаточно, «будем летать на том, что есть». Сейчас появились сообщения, что в «Роскосмосе» рассматривают проект новой ракеты-носителя «Союз-7» («Волга»), который и получит РД-180. Вот только ожидается, что первый старт состоится не раньше 2028 года. То есть РД-180 ждут почти десять лет «на приколе»…
И, на «закуску», однокамерный (наконец-то!) ЖРД с целой пачкой индексов – РД-181/191/193, который фактически оказался «четвертушкой» от РД-170. То есть спустя более чем три десятилетия после НК-33 наконец приступили к созданию мощного криогенного ЖРД – его тяга составила 196 тонн. И вот тут-то начинается самое интересное – его до сих пор не могут в полной мере задействовать в российских проектах! Первые три запуска с двигателем РД-191 в 2009-2013 годах состоялись в… Южной Корее, на ракете-носителе Naro-1 (первая ступень которой является экспортной версией российской «Ангары»)!
Затем последовали полтора запуска российской «Ангары» с Плесецка в 2014 году – легкая Ангара-1.2ПП (один РД-191) 9 июля совершила суборбитальный полет до Камчатки, тяжелая Ангара-А5 (пять РД-191 на первой ступени) стартовала 23 декабря и вывела груз-макет на орбиту. После этого наступила гигантская пауза, которая затянулась уже почти на пять лет – по предварительным планам, следующие запуски Ангара-1.2ПП и Ангара-А5 планируются где-то в конце 2019 года. Время же уходит стремительно…
Планируется, что версия этого двигателя под индексом РД-193 будет установлена на легкий «Союз-2.1в» вместо прежнего НК-33. Но когда будет запуск этой ракеты-носителя с новым двигателем – неизвестно. Зато экспортная версия этого ЖРД (под индексом РД-181) сразу оказалась востребованной за океаном – на новой версии американско-украинской ракеты-носителя Antares 230 (уже четыре успешных запуска «грузовика» Cygnus к Международной Космической Станции в 2016-2018 годах). Настоящий парадокс!